Вакуумные индукционные плавильные установки (VIM-VIDP) с массой садки от 1 кг до 30 тонн

Вакуумная индукционная плавка (VIM) является одним из наиболее часто используемых процессов во вторичной металлургии для очистки, обработки в жидком состоянии и регулировки химического состава и температуры. Для достижения все более высоких требований к качеству конечного материала и одновременно  

• Экономии сырья, напр. дорогостоящих лигатур и
• Экономии энергии

использование вакуума в процессе индукционной плавки необходимо для многих специальных материалов. Например, вакуумная индукционная плавка незаменима при производстве спецсплавов, которые должны плавиться в вакууме либо атмосфере инертного газа, т.к. легко вступают в реакцию с атмосферным кислородом. Технология подходит для получения высокочистых металлов в бескислородной атмосфере. Это ограничивает образование неметаллических включений.

Вакуумная индукционная плавка делает возможной эффективную дегазацию расплава и высокоточное составление сплава, поскольку температура, вакуум, атмосфера газа, давление и перемещение материала (т.е. посредством перемешивания расплава) могут регулироваться независимо друг от друга. Кроме того, точная концентрация легирующих элементов, содержание микролегирующих элементов также важны для многих сплавов.

Металлургическими преимуществами являются:

• Плавление в бескислородной атмосфере, ограничивающее появление неметаллических оксидов и предотвращающее окисление активных элементов;
•  Получение очень точного химического состава и содержания газов;
• Удаление нежелательных микроэлементов с высокой упругостью паров;
• Удаление растворенных газов напр. кислорода, водорода, азота;
• Регулировка точного и однородного состава сплава и температуры плавки.

По этой причине, использование таких металлургических операций как дефосфоризация и обессеривание, ограничено. Металлургия VIM прежде всего направлена на реакции, зависящие от давления, например реакции с углеродом, кислородом, азотом и водородом. Удаление вредных летучих микролегирующих элементов: сурьмы, теллура, селена и висмута в вакуумных индукционных установках имеет важное практическое значение.

Точное наблюдение за реакцией избыточного углерода для раскисления, зависящей от давления, это лишь один из примеров гибкости технологий при использовании VIM в производстве жаропрочных сплавов. Для прочих материалов вакуумные индукционные установки могут использоваться для обезуглераживания, обессеривания и избирательной дистилляции в соответствии со специфическими требованиями и для гарантии качеств материала.

Из-за высокой упругости паров большинства нежелательных микролегирующих элементов их можно поддерживать на очень низком уровне посредством дистилляции во время вакуумного индукционного плавления, обычно для сплавов с сверхвысокой прочностью при высоких рабочих температурах. Для различных сплавов, которые должны соответствовать самым высоким требованиям по качеству, вакуумная индукционная установка является единственно возможной.

В зависимости от продукта и металлургического процесса, значение вакуума во время фазы очистки колеблется от 10-1 до 10-4 мбар.

Следующие методы могут использоваться в сочетании с процессами VIM для получения чистых расплавов.

• Контроль атмосферы с низким натеканием и степенью десорбции;
• Выбор наиболее химически стабильного материала для одноразовых тиглей;
• Перемешивание и гомогенизация расплава посредством электромагнитного перемешивания или продувки газом;
• Соответствующие технологии удаления шлака и фильтрации во время разливки;

• Применение разливки по желобу либо через литниковую воронку для лучшего удаления оксидов.

Для особых случаев использования (напр. вращающиеся детали турбины) индукционная плавка является одним из основных процессов, но качество полученных материалов по чистоте и первичной структуре получается недостаточным. Материалы, произведенные в установках VIM, должны пройти переплавку и повторную кристаллизацию, как это описано в главе о технологиях переплавки ALD. Для наиболее высоких требований к качеству, материал должен пройти через несколько этапов очистки, например процесс тройного переплава, состоящий из последовательных этапов индукционной плавки (VIM), электрошлакового переплава (ESR) и вакуумного электродугового переплава (VAR). 

Номенклатура вакуумных индукционных установок ALD для плавления и литья

Вес загрузочного материала установок VIM варьируется от 1 кг до 30 тонн, в зависимости от того используется ли установка для точного литья или для получения слитков и электродов с целью дальнейшей обработки. Большое число дополнительных устройств позволяет конструировать установки VIM в соответствии с  индивидуальными требованиями.

Фирмой ALD и ее предшественником Leybold-Hereaus было сконструировано, создано и пущено в эксплуатацию более 2000 установок VIM по всему миру.

Преимущества концепции VIM

Следующие преимущества имеют решающее влияние на высокую потребность в вакуумных индукционных плавильных установках ALD в производстве металлов:

• Гибкость благодаря различному весу разливки;
• Быстрая смена программы для различных сталей и сплавов;
• Низкая потеря легирующих элементов при окислении;
• Получение очень узких значений допусков;
• Точный контроль температуры;
• Низкий уровень загрязнения окружающей среды пылью;
• Удаление нежелательных микролегирующих элементов с высокой упругостью паров;
• Удаление растворенных газов, т.е. водорода и азота;
• Выбор между вакуумом, контролируемой атмосферой, нормальной атмосферой либо активной атмосферой;
• Выбор между различными вакуумными системами;
• Высокий уровень безопасности при эксплуатации и ремонтопригодность;
• Широкий выбор стандартных принадлежностей и опций;
• Высокая надежность и производительность.

Промышленная серия камерных установок VIM 

Промышленная серия основана на камерном типе конструкции установок VIM. В зависимости от производственных и экономических требований, установка VIM может быть расширена при помощи дополнительных устройств, которые включают:

ALD предлагает полную производственную линию установок VIM с весом загрузочного материала от 1 кг до 30 тонн, на которых можно получить:

• Полуфабрикаты:

-  проволока, лента, прутки
-  слитки и электроды
-  катоды
-  чешуйки
-  порошки

посредством следующих процессов:

• литье в формы
• непрерывное литье
• литье чешуек
• производство порошков
• гранульная металлургия

для использования в:

• Исследованиях и разработках
• Электронной промышленности
• Стоматологии
• Автомобильной и авиакосмической промышленности
• Плавке черных металлов
• Плавке цветных металлов
• Плавке драгоценных металлов

Сравнение стандартных камерных установок VIM большого размера

ALD  специализируется на разработке и внедрении установок, чья конструкция должна соответствовать специфическим требованиям заказчика. Установки оснащаются устройствами для загрузки, взятия образцов, измерения температуры, устройствами перемешивания расплава, поворотным столом либо стационарным устройством для установки нескольких форм и т.д. В дополнение к этим отработанным решениям ALD предлагает различные варианты базовых установок, конструкции которых принципиально отличаются друг от друга:

Признаки VIDP
Небольшой объем установки

• Уменьшение поверхности десорбции
• Вакуумная система меньшей мощности
• Оптимальный контроль печной атмосферы
• Меньшее потребление инертного газа

Высокая гибкость

• Благодаря заменяемым нижним частям установки
• Различные технологии разливки (слитки, горизонтальное непрерывное литье, получение порошков)
• Могут подключаться дополнительные узлы
• Подключение различных камер разливки

Быстрая замена установки

• < 1 часа с горячим тиглем
• Возможна высокая оперативность
• Увеличение производительности на 25 %
• Быстрая смена сплава
• Отдельные станции для извлечения и установки тигля
• Возможна вакуумная сушка тигля

Простое техническое обслуживание

• Силовые кабели и гидравлические линии находятся вне камеры плавки – утечки не влияют на вакуум
• Упрощенное техническое обслуживание вакуумной системы путем эффективной системы фильтров
• Вакуумная система меньшей мощности
• Испытанные и надежные компоненты
• Профилактическая диагностика отказов
• Не нужно очищать большую вакуумную камеру
  
  

  Конструкция

Концепция VIDP открывает путь экономичному производству в контролируемой атмосфере всех высокочистых металлов и сплавов, обычно получаемых в камерной установке VIM. Установки с емкостью от 1 до 30 тонн предназначены для производства

• Высококачественных железных сплавов либо спецсплавов
• Проблемных медных сплавов и бескислородной меди

Видео об установке VIDP находится здесь.